南理工机械院控制工程基础实验报告
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实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验
一、实验目的
根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。
二、实验容
研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。
三、实验结果及理论分析
1.一阶系统阶跃响应
a.电容值1uF，阶跃响应波形：
b.电容值2.2uF，阶跃响应波形：
c.电容值4.4uF，阶跃响应波形：
2.一阶系统阶跃响应数据表
电容值（uF）
稳态终值U c（∞）（V）时间常数T(s)
理论值实际值理论值实际值
1.0
2.87 2.90 0.51 0.50
2.2 2.87 2.90 1.02 1.07
4.4 2.87 2.90 2.24 2.06
元器件实测参数
U r= -2.87V R o=505kΩR1=500kΩR2=496kΩ其中
C R T 2=
r c U R R U )/()(21-=∞
误差原因分析：
① 电阻值及电容值测量有误差； ② 干电池电压测量有误差； ③ 在示波器上读数时产生误差；
④ 元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤ 电池阻的影响输入电阻大小。
⑥ 在C=4.4uF 的实验中，受硬件限制，读数误差较大。
3. 二阶系统阶跃响应
a. 阻尼比为0.1，阶跃响应波形：
b. 阻尼比为0.5，阶跃响应波形：
c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：
d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：
4.二阶系统阶跃响应数据表
ξR w（Ω）峰值时间U o(t p) 调整时间稳态终值超调（%）震荡次数
四、回答问题
1.为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，而且
必须同时动作？
答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。当K1一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。
2.为什么要在二阶模拟系统中设置F3运算放大器？
答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。
实验2 模拟控制系统的校正实验
一、实验目的
了解校正在控制系统中的作用。
二、实验容
设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求。
三、实验结果及理论分析
1.系统校正前输出波形：
2.校正前二阶系统数据表
峰值时间
t p（s）
U o(t p)
（V）
调整时间
t s（s）
稳态终值
U s（V）
超调（%）
M p
震荡次数
N 测量数值0.6 4.4 3.6 2.9 50.7 4
元器件参数
R1=98.2kΩ, R2=98.7kΩ, R3=98.5kΩ, R4=97.8kΩ, R5=98.8kΩ
R6=506kΩ, R7=100kΩ, R8=234kΩ, R9=98.8kΩ
C1=1.08uF, C2=1.10uF, C3=1.2.87uF
理论数值0.5 4.6 3.5 2.9 60 4
3.系统校正后输出波形：
4.校正后二阶系统数据表
峰值时间t p（s）U o(t p)
（V）
调整时间
t s（s）
稳态终值
U s（V）
超调（%）
M p
震荡次数
N
测量数值0.2 3.1 0.3 2.92 6.2 1 系统校正后，达到稳态的时间大大缩短，而且振荡过程中超调量也变得很小，总之，系统校正后稳定性大大提高。
四、回答问题
1.校正前系统的输出为与输入反相？
答：因为校正前输入信号经过了三个放大器，而且每次都是从放大器负引脚输入，所以每经过一次信号反相一次，三次之后输出信号正好与输入信号反相。
或者说，系统的传递函数中还有一个“－”。
2.校正后的系统电模拟线路原理图中F5的作用是什么？
答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。
实验3 模拟一阶系统频率特性测试实验
一、实验目的
学习频率特性的测试法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环Bode 图，并求取系统的开环传递函数
二、实验容
利用频域法的理论，有一阶系统的开环频率特性分析其闭环系统的特性。
三、实验结果及理论分析
1.频率特性数据记录表
算8 7 3 0 3 6 9 9 8 4
2.幅频特性曲线：
3.相频特性曲线
4.结果分析
根据实验数据分别绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。与理论曲线对比可以发现：幅频特性曲线与理论曲线比较接近，相频特性曲线与理论曲线有一定偏差。
分析误差原因，有以下几种可能：
①在示波器屏幕上的读数精度低，读数的误差较大；
②阻容元件不是完全的理想模型，真实相频曲线和理论相频曲线有偏差。
③电路中有噪声干扰。
实验4 数字伺服系统、计算机控制系统的演示实验
一、实验目的
通过对计算机控制的电液伺服系统、数字伺服系统（小功率电机控制系统）的介绍，使学生了解控制理论的工程实际应用。
二、实验容
通过两套实际系统的演示、讲解，使学生了解控制系统的组成与工作情况。
三、回答问题
1.手臂控制系统的反馈装置是什么？它反馈的是数字量
还是模拟量？
答：光电编码器。数字量。
2.数字伺服系统采用了哪几种反馈式？这套系统的执行元件是什么？
答：电流反馈、速度反馈、位置反馈。执行元件是直流电机。